电器的散热与发热

铜导体的穿透深度（20℃）
f(kHz)
△(mm)
1
2.089 25
3
1.206 30
5
7
10
13
15
18
20
23
0.9346 0.7899 0.6608 0.5796 0.5390 0.4026 0.4673 0.4358 35 14 45 0.3115 50 60 70 80 100
f(kHz)
△(mm)
n m
8
3.1 电气发热与计算
涡流损耗 • 3.1.3载流导体运行中的损耗 铁在变化着的磁场中， 1)电阻损耗 P = I2Rt 或者在磁场中运动时，铁磁 物质内部会产生感应电动势 2)磁滞、涡流损耗 (或感应电流)。涡流是感应 n ① 磁滞损耗 Pcz fBm 电流之一，在铁心内围绕着 磁感应强度，呈旋涡状流动， ② 涡流损耗 其方向可按楞次定律来决定。 通常采用 增大涡流回 路电阻的方 法减小涡流。 如图所示：
得到充分地利用。 交流电流通过导体时的电阻损耗（或称焦耳损 2 耗）应为： P K fj I R （3-3） l
其中导体的电阻为: R
2 ( 1 ) 而电阻率与温度的关系为： 0
S
当θ≤100℃ 时，可忽略高次项，简化为：
0 (1 )
20
3.2 接触电阻
• 3.2.2 接触电阻的组成
接触电阻Rj由两部分组成，收缩电阻Rs和表面膜电 阻Rb，即： Rj = Rs + Rb
1) 收缩电阻 2) 表面膜电阻 可见，金属的实际截面积在切断处减小了，电流在流
7
3.1 电气发热与计算
• 3.1.3载流导体运行中的损耗 1)电阻损耗 P = I2Rt 磁滞损耗 2)磁滞、涡流损耗

二、长期运行载流量
1、牛顿公式应用： 牛顿公式应用：
Iy = Kzh ⋅ F ⋅ (θy −θ 0) R
导体长期运行的 长期运行的允许电流 Iy:导体长期运行的允许电流 θy:导体允许温度 PS:导体表面放出总热量
二、长期运行载流量
2、提高导体载流量的方法
Iy = Kzh ⋅ F ⋅ (θy −θ 0) R
二、发热对载流导体的不良影响
（一）、绝缘材料性能降低
（二）、机械强度下降 ）、机械强度下降 （三）、导体接触部分性能下降 ）、导体接触部分性能下降
（一）、绝缘材料性能降低 ）、绝缘材料性能降低
发热加速绝缘材料老化， 发热加速绝缘材料老化，缩短绝缘材料 寿命，降低绝缘材料的电气特性和机械 寿命， 特性。 特性。 耐热温度 允许温度
合理布置导体加强 自然通风 采取强迫冷却 导体表面涂漆
二、长期运行载流量
2、提高导体载流量的方法
Iy = Kzh ⋅ F ⋅ (θy −θ 0) R
减小导体电阻R 减小导体电阻R 增加导体散热面积F 增加导体散热面积F 提高散热系数K 提高散热系数Kzh 提高导体允许温度θ 提高导体允许温度θy
采用耐热绝缘材料
（三）、导体接触部分性能变坏 ）、导体接触部分性能变坏
接触电阻定义： 接触电阻定义： 当两个金属导体以某种机械方式互 相接触时， 相接触时，在接触区域所呈现的附加 电阻。 电阻。 接触电阻=收缩电阻+ 接触电阻=收缩电阻+表面膜电阻
收缩电阻与表面膜电阻
收缩电阻： 收缩电阻：电流流经电 接触区域时， 接触区域时，从原来截 面较大的导体突然转入 截面很小的接触点， 截面很小的接触点，电 流线发生剧烈收缩所呈 现出的附加电阻。 现出的附加电阻。 表面膜电阻： 表面膜电阻：电接触面 上，由于污染而覆盖的 一层导电性很差的物质 所呈现出的电阻。 所呈现出的电阻。

： 2 S
∫
tk
0
I dt =
2 kt
C0 ρ m
ρ0
1 + βθ ∫θ w 1 + αθ d θ
θh
求解得：
1 S2
∫
tk
0
2 I kt d t = Ah − Aw
C0 ρ m α − β β Ah = α 2 ln (1 + αθ h ) + α θ h = g (θ h ) ρ0 C0 ρ m α − β β Aw = α 2 ln (1 + αθ w ) + α θ w = g (θ w ) ρ0
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4.3 导体的短时发热
引言
短时发热的含义： 短时发热的含义：
载流导体短路时发热， 载流导体短路时发热，是指从短路开始至短 路切除为止很短一段时间内导体发热的过程。 路切除为止很短一段时间内导体发热的过程。
短时发热的特点： 短时发热的特点：
短路电流大， 短路电流大，发热量多 时间短， 时间短，热量不易散发
tk
0
I d t = ∫ 2 I pt cos ωt + inp0e d t 0 2t − k tk Ta 2 2 1 − e Ta inp0 = Qp + Qnp ≈ ∫ I pt d t + 0 2
2 kt
tk
2
由于短路电流I 的表达式很复杂， 由于短路电流 kt的表达式很复杂，一般难于用简单的 26 解析式求解Q 工程上常采用近似计算法计算。 解析式求解 k，工程上常采用近似计算法计算。
5×1016 A[J/(Ωm4)]
1 Qk 2 S
25
1 Ah = Aw + 2 Qk S

石墨烯电暖器是一种利用石墨烯材料的特殊导电性能进行加热的设备。

其工作原理如下：
1.石墨烯导电性：石墨烯是由碳原子形成的二维薄片，具有优异的导电性能。

石墨烯的电子在其平面内高速移动，形成电子气，使其具有极高的电导率。

2.发热原理：石墨烯电暖器利用电流流经石墨烯薄片时发生的自发热现象。

当电流通过石墨烯薄片时，石墨烯中的电子受到电场力的作用，电子气的运动速度增大，产生的碰撞和摩擦使石墨烯薄片内部发生能量转换，转化为热能。

3.散热与加热：石墨烯电暖器通常设计有散热结构，利用散热结构将石墨烯薄片与外部环境隔离，从而提高安全性并避免热量对周围环境的直接传导。

石墨烯薄片的热能通过散热结构传递给加热物体或空气，实现加热效果。

4.温控系统：石墨烯电暖器通常配备温控系统，通过温度传感器感知当前环境温度，并将温度信息传递给控制电路。

控制电路根据设定的温度值对电流进行调节，实现对加热功率的控制，从而保持环境温度稳定在设定值附近。

总的来说，石墨烯电暖器利用石墨烯材料具有的高导电性和自发热原理，通过电流在石墨烯薄片中的流动实现能量转化为热能，并通过散热结构将热能传递给加热物体或空气。

同时，温控系统能够实时监测和调节温度，使得石墨烯电暖器能够稳定、高效地提供加热效果。

石墨烯电暖器具有快速加热、高效能源利用和温度控制等优点，广泛应用于家庭供暖、工业加热等领域。